DE69631825T2 - Kurbelwellenfräsgerät - Google Patents

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DE69631825T2
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James Ned ARNOLD
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Ingersoll CM Systems LLC
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    • Y10T82/19Lathe for crank or crank pin

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelwellenfräsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und insbesondere eine Kurbelwellenfräsvorrichtung, die eine schwenkbare Fräseinheit an einem schrägen Abschnitt an dem Bett der Vorrichtung umfasst.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Vorrichtungen zum Fräsen von Kurbelwellenhauptlagern und Kurbelzapfen verwenden typischerweise ein ringförmiges Schneidwerkzeug mit Schneidkanten entlang dem inneren Ringdurchmesser, d. h., ein rotierendes Innenfräswerkzeug, ein. Um eine Kurbelwelle zu fräsen, umgibt das rotierende Innenfräswerkzeug die Kurbelwelle und es wird bewirkt, dass sie einen Einstich macht und dann eine Umlaufbahn durchschreitet, um 360° um den Umfang des Hauptstückes oder des Zapfens herum zu fräsen.
  • Um ein solches Innenfräswerkzeug mit seiner Umlaufbewegung bereitzustellen, hat eine handelsübliche Kurbelwellenfräsvorrichtung das Innenfräswerkzeug an einem Schneidkopf untergebracht. Durch einen spindelgetriebenen Querschlitten, der genau oberhalb des Bettes aber unter der zu fräsenden Kurbelwelle angeordnet ist, wird bewirkt, dass sich der Schneidkopf in einer horizontalen Richtung bewegt. Ein vertikaler Kugelumlaufspindelantrieb ist entlang des Schneidkopfes befestigt, um die Fräseinheit zu verschwenken. Die Verwendung von Schlitten und Führungen, die unterhalb der Kurbelwelle zum Bewegen des Schneidkopfes angeordnet sind, kann Probleme mit der Verlässlichkeit verursachen, da die Schlitten und Bahnen im Verlauf längerer Verwendung dazu neigen, zu verschleißen und ihre Toleranzen zu verlieren, wodurch eine hoch genaue Bearbeitung ausgeschlossen wird. Dies ist ein besonderes Problem, da die Vorrichtung beim Kurbelwellenfräsen unterbrochene Kraftschnitte erzeugt, die das Lager- und Bahnsystem unvermittelt hohen Lasten aussetzt. Eine solche Stampfwirkung auf die Bahnen bringt es mit sich, dass das sich der Zustand des Bahn- und Lagersystems rasch verschlechtert. Ein weiterer Faktor, der zu ihrem Verschleiß und möglichen Fehlfunktionen beiträgt, ist, dass durch das Positionieren des Schlittens unter der Kurbelwelle Späne, die im Zuge des Fräsvorgangs entstehen, auf die Führungsoberflächen gelangen können. Darum sind normalerweise Abdeckungen für die Schlitten erforderlich. Somit erfordern auf Schlitten basierende Vorrichtungen wie oben beschrieben eine häufige Wartung.
  • Die US-A-4 337 011 offenbart eine Kurbelwellenfräsvorrichtung, die zumindest eine Fräseinheit umfasst, die vollständig über einem trichterförmigen Abschnitt eines Bettes in einer im Allgemeinen vertikalen Orientierung angeordnet ist. Die Fräseinheit ist an einem Schlitten getragen, der entlang von Führungsschienen, die vertikal übereinander angeordnet sind, horizontal verschiebbar ist. Das Fräswerkzeug ist in einem zentralen Abschnitt der Fräseinheit angeordnet.
  • Die US-A 2 662 438 zeigt eine Kurbelwellenfräsvorrichtung mit einer im Wesentlichen vertikalen Bauweise. Zwei Kurbelwellen sind vertikal übereinander angeordnet. Der Rahmenaufbau der Vorrichtung umfasst zwei vertikale Säulen, die mit einer horizontalen Grundplatte starr verbunden sind.
  • Die DE-A 2658970 beschreibt eine Kurbelwellenfräsvorrichtung mit einem Bett, das an einer Basis mit einem schrägen Abschnitt befestigt ist. Ein Rahmen, der in die Längsrichtung entlang der Achse einer Kurbelwelle verschiebbar ist, trägt einen Querschlitten, der eine Werkzeugtrommel trägt. Die Werkzeugtrommel erstreckt sich entlang der Kurbelwellenachse und trägt ein Fräswerkzeug. Der Rahmen trägt ferner eine Werkstückträgervorrichtung mit einem Befestigungsbasisrahmen. Sowohl der Querschlitten als auch der Rahmen der Werkstückträgervorrichtung erstrecken sich zum vorderen Teil des schrägen Bettes.
  • Das US-Patent Nr. 4 521 143 offenbart in 5 ein Innenfräswerkzeug (im Folgenden „das '143-Patent") mit einer Fräseinheit, die schwenkbar an einer Schwenkeinheit befestigt ist, die wiederum von einem Längsschlitten getragen wird und an diesem schwenkbar befestigt ist, zur axialen Positionierung entlang der Länge der Kurbelwelle. Der Längsschlitten ist zur verschieblichen Bewegung an einem horizontalen Bett mit einem Raum für eine Spänefördereinrichtung unter dem Schlitten befestigt. Die zu fräsende Kurbelwelle ist über dem vorstehend erwähnten Raum aber unter der Fräseinheit angeordnet, so dass Späne, die während des Bearbeitungsverfahrens entstehen, in den Raum auf die Fördereinrichtung hinunterfallen. Um die Späne in den Raum zu leiten, weist das Bett eine Trichterform unter der Kurbelwelle in dem Bett auf, so dass Späne, die während eines Bearbeitungsverfahrens einer Kurbelwelle erzeugt werden, präziser in den Raum und auf die Fördereinrichtung geleitet werden.
  • Um die in dem '143-Patent offenbarte Vorrichtung zu warten, d. h., Auflageschienen, Spannbacken, Werkstückfräser etc. auszutauschen, muss ein Arbeiter in die Vorrichtung klettern und unsicher den Fördereinrichtungsraum an den schrägen Trichterwänden in dem horizontalen Bett übergrätschen, um die vorstehend erwähnten Einrichtungen zu erreichen. Dies ist insbesondere schwierig, da ein großer Teil der Einrichtungen recht sperrig ist und aus schwerem metallischem Material besteht. Beispielsweise kann das Innenfräswerkzeug aus Stahl bestehen und es kann einen Durchmes ser von vierundzwanzig (24") Zoll und eine Dicke von zwei Zoll (2") aufweisen.
  • Bei der Ausführungsform von 5 des '143-Patents wird die Umlaufbewegung des Innenfräswerkzeuges durch separate Kugelumlaufspindelantriebe für den Schneidkopf und Schwenkeinheiten bewirkt. Die Schwenkeinheit wird um einen Drehzapfen, der diese mit dem Schlitten durch einen vertikal angeordneten Kugelumlaufspindelantrieb entlang des Schneidkopfes verbindet, herum verschwenkt, und der Schneidkopf wird um einen Zapfen, der ihn durch einen horizontal angeordneten Kugelumlaufspindelantriebe am oberen Ende des Schneidkopfes mit der Schwenkvorrichtung verbindet, herum verschwenkt.
  • Die Kugelumlaufspindelantriebe umfassen jeweils Motoren, die von der Spindel relativ zu der Vorrichtung vorkragen, um über ein Rädergetriebe- oder Laufrollenmittel die Mutter gegen die Rotation der Spindel zu rotieren, wodurch ein weiteres Lagersystem benötigt wird, das Schmierungsprobleme bewirken kann, da Zentrifugalkräfte auf Grund der Rotation bewirken können, dass das Schmiermittel aus der Kugelmutter herausgeschleudert wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kurbelwellenfräsvorrichtung zum Fräsen von Kurbelwellen bereitgestellt, die die vorstehend erwähnten Probleme des Standes der Technik überwindet.
  • Die Kurbelwellenfräsvorrichtung hierin verwendet eine Fräseinheit, die ohne Verwendung von Schlitten und dem entsprechend ohne Abdeckungen für dieselben angelenkt ist. Indem Schlitten vermieden werden, die dazu neigen, zu verschleißen und im Laufe der Zeit ihre Toleranzen verlieren, kann die Fräsvorrichtung hierin eine präzisere Bearbeitung gegenüber Vorrichtungen, die auf Schlitten basieren, bereitstellen. Dies trifft insbesondere dort zu, wo sich die Schlitten in einer Stellung befinden, in der sie Spänen, die während eines Bearbeitungsvorgangs, z. B. unter der zu fräsenden Kurbelwelle, entstehen, ausgesetzt ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Kurbelwellenfräsvorrichtung ein Bett mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Das Bett umfasst einen schrägen Abschnitt an der Rückseite des Bettes. Eine Fräseinheit ist schwenkbar an dem hinteren schrägen Abschnitt des Bettes angebracht, wobei die Fräseinheit das Innenfräswerkzeug, das eine Kurbelwelle umgibt, die sich entlang der Vorderseite des Bettes erstreckt, trägt. Die Vorderseite des Bettes ist offen.
  • Ein plattenförmiges Schneidkopfelement der Fräseinheit zum Tragen des Fräswerkzeuges in einem vorderen Endabschnitt desselben erstreckt sich quer zu einer von den Halteeinrichtungen gehaltenen Kurbelwelle, und erstreckt sich von der Rückseite des Bettes zu der offenen Vorderseite des Bettes an einer Schräge, die sich im Allgemeinen entlang der Schräge des rückseitigen schrägen Abschnitts des Bettes erstreckt. Da sich das Schneidkopfelement entlang der Schräge des hinteren Bettabschnittes nach unten geneigt erstreckt, ist nur der vordere Endabschnitt des Schneidkopfelementes über der ungeschützten offenen Vorderseite des Bettes angeordnet, so dass das Fräswerkzeug leicht zugänglich ist, ohne dass man in die Vorrichtung klettern müsste, wie bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung des '143-Patentes. Somit ist die Wartung der Vorrichtung hierbei einfacher durch einen Arbeiter zu bewerkstelligen, ohne dass es notwendig ist, in die Vorrichtung zu klettern und sich in gefährlicher Weise entlang einer schrägen Wand zu stellen und einen Raum für bear beitete Späne zu übergrätschen.
  • Der Schneidkopf, wie er in der Kurbelwellenfräsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann für eine Umlaufbewegung durch X- und Y- Antriebe angetrieben sein, die schwenkbar an dem Schneidkopf an der Rückseite des Bettes angebracht sind. Dies steht im Gegensatz zu der Fräseinheit des '143-Patentes, bei der die Antriebe über dem und entlang des Bettes angeordnet sind.
  • Bei der Kurbelwellenfräsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist an dem schrägen Abschnitt des Bettes ein Gleitschlitten angebracht. Die Fräseinheit umfasst ein angelenktes Trägerelement, das schwenkbar an dem Gleitschlitten an einem Ende des Trägerelementes angebracht ist und schwenkbar an dem Schneidkopf an dem anderen Ende des Trägerelementes angebracht ist. Der Schlitten kann entlang der hinteren Seite des schrägen Abschnitts des Bettes gleiten, um die Fräseinheit und insbesondere das Fräswerkzeug präzise um die zu fräsende Kurbelwelle herum zu positionieren. Somit wird, ähnlich wie bei den X- und Y-Antrieben, der Schlitten im Wesentlichen entfernt und von dem Arbeitsbereich getrennt, um nicht den während der Bearbeitung der Kurbelwelle entstehenden Spänen ausgesetzt zu sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das angelenkte Trägerelement einen ersten Drehzapfen, der den Schneidkopf an dem angelenkten Trägerelement für eine Schwenkbewegung schwenkbar befestigt. Die X- und Y-Antriebe sind an dem Schlitten angebracht und mit dem Schneidkopf verbunden, und verschwenken den Schneidkopf an dem Zapfen, wodurch das Trägerelement verschwenkt wird, wobei die Resultierende aus diesen Bewegungen die Bewegung des Schneidkopfes relativ zu der Kurbelwelle bewirkt. Die X- und Y-Antriebe können X- und Y- Linearspindeln umfassen, wobei eine jede davon eine Kugelmutter umfasst, die schwenkbar an dem Schneidkopf angebracht ist, um die Kugelmutter auf den Spindeln umzusetzen. Es sind Antriebes zum Rotieren der Spindeln vorgesehen, um die Kugelmutter darauf umzusehen. Auf diese Weise wird die direkte Rotation der Kugelmutter wie in dem '143-Patent gezeigt, vermieden. Die Antriebe können Motoren für jede Spindel sein, wobei die Motoren direkt mit der Spindel entlang deren Achse gekoppelt sind, um das Rotieren der Spindeln zu bewirken. Dies stellt wiederum einen Vorteil gegenüber der Ausführungsform von 5 des '143-Patentes dar, da die Motoren nicht von den Spindeln vorkragen. Das angelenkte Trägerelement ist durch einen zweiten Drehzapfen schwenkbar an dem Schlitten angebracht. Somit kann der Schneidkopf durch die X und Y-Antriebe in der X-Richtung um den zweiten Drehzapfen herum angetrieben werden, ohne einen direkt mit dem angelenkten Trägerelement verbundenen Antrieb vorzusehen.
  • Bei einer weiteren Form umfasst der Schneidkopf beabstandete Endabschnitte, wobei das Fräswerkzeug in einem Endabschnitt getragen ist. Die X- und Y-Antriebe umfassen Kugelumlaufspindel-Linearantriebe mit einer Kugelmutter, die an einer Spindel angebracht ist, wobei eine jede Mutter schwenkbar mit dem Schneidkopf an dem anderen Endabschnitt des Frässchlittens angebracht ist. Es wird ein Antriebesaufbau bereitgestellt, der bewirkt, dass jede Kugel ihre entsprechende Spindel quert und dadurch das Trägerelement um den zweiten Drehzapfen herum und den Schneidkopf um den ersten Drehzapfen herum verschwenkt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine seitliche Aufrissansicht der Kurbelwellenbearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine von dem Paar Fräseinheiten der Vorrichtung entfernt wurde, um die andere von dem Paar Fräseinheiten der Vorrichtung deutlicher zu veranschaulichen;
  • 2 ist eine vordere Aufrissansicht der Kurbelwellenbearbeitungsvorrichtung von 1, die die beiden Fräseinheiten der Vorrichtung veranschaulicht.
  • 3 ist eine perspektivische schematische Ansicht der Kurbelwellenfräsvorrichtung von 1, wobei Abschnitte davon entfernt wurden, um das Anbringen der schwenkbaren Fräseinheiten an einem schrägen hinteren Bettabschnitt der Vorrichtung deutlicher zu veranschaulichen;
  • 4 ist eine schematische Ansicht der Fräseinheit, die ein Fräswerkzeug, durch das sich eine Kurbelwelle erstreckt, in der Ausgangsstellung zeigt;
  • 5 ist eine schematische Ansicht ähnlich wie 4, wobei sich das Fräswerkzeug in der Einstechstellung befindet;
  • 6 ist eine schematische Ansicht ähnlich wie 4, wobei das Fräswerkzeug 90° um die Kurbelwelle herum rotiert ist;
  • 7 ist eine schematische Ansicht ähnlich wie 4, wobei das Fräswerkzeug um 180° von der Einstechstellung um die Kurbelwelle herum rotiert ist;
  • 8 ist eine schematische Ansicht ähnlich wie 4, wobei das Fräswerkzeug um 270° von der Einstechstellung um die Kurbelwelle herum rotiert ist;
  • 9 ist eine schematische Ansicht ähnlich wie 4, wobei das Fräswerkzeug um 360° von und zurück zu der Einstechstellung um die Kurbelwelle herum rotiert ist;
  • 10 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des in dem Schneidkopf angebrachten Fräswerkzeuges.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 veranschaulicht eine Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 umfasst ein Innenfräswerkzeug 12, das an einer im Allgemeinen mit 14 bezeichneten Fräseinheit getragen ist. Die Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 umfasst vorzugsweise zwei spiegelbildliche Fräseinheiten 14 und 14', wie in 2 veranschaulicht, so dass mehrere Kurbelzapfen oder Hauptstücke gleichzeitig bearbeitet werden können. Da die Fräseinheiten 14 und 14' spiegelbildlich sind, wird hier nur die Fräseinheit 14 beschrieben.
  • Die Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung umfasst ein Bett 16 mit einer Vorderseite und einer Rückseite 18 bzw. 20. An der Rückseite 20 des Bettes 16 wird ein schräger oder abgewinkelter Ab schnitt 22 bereitgestellt. Die Fräseinheit 14 ist schwenkbar an dem hinteren schrägen Abschnitt 22 angebracht, so dass sie sich von der Rückseite 20 des Bettes 16 zu der Vorderseite 18 erstreckt, wobei das Innenfräswerkzeug 12 über die Vorderseite 18 vorsteht.
  • Die Vorderseite 18 des Bettes ist mit einem horizontalen flachen Abschnitt 24 versehen, an dem ein bewegbarer Spindelstock 26 und Reitstock 28 angebracht sind, die eine Kurbelwelle 30 über dem flachen Bettabschnitt 24 halten, wie in den 2 und 3 gezeigt. Somit ist das Fräswerkzeug 12 leicht für einen Arbeiter zugänglich, ohne dass dieser in die Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 klettern muss, wie bei der zuvor beschriebenen angelenkten Fräseinheit, da die Vorderseite 18 des Bettes 16 vollständig offen ist.
  • Um die Fräseinheit 14 zu verschwenken, sind X- und Y-Antriebe 32 und 34 bereitgestellt. Beide Antriebe 32 und 34 sind an der Rückseite 20 des Bettes 16 schwenkbar mit der Fräseinheit 14 verbunden und wirken zusammen, um zu bewirken, dass sich die Fräseinheit verschwenkt und um letztlich die Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges 12 zum Fräsen der Kurbelwelle 30 zu bewirken. Durch das Verschwenken der Fräseinheit 14 werden Führungsbahnen oder Schlitten wie bei den Fräseinheiten nach dem Stand der Technik, die das Umlauffräsen bewirken, vermieden. Wie zuvor erwähnt, neigen solche Schlitten dazu, im Laufe der Zeit zu verschleißen, da sie recht große Lasten tragen und möglicherweise Spänen ausgesetzt sein können, die während der Bearbeitung einer Kurbelwelle entstehen. Durch die Bereitstellung des schrägen Abschnitts 22, der die Fräseinheit 14, die durch die X- und Y-Antriebe 32 und 34 angelenkt ist, trägt, wird die Verwendung von Schlitten zum Verschwenken der Fräseinheit 14 vermieden, während noch immer ein einfacher Zugang zu der Vorderseite der Vorrichtung 10 zu ihrer Wartung erlaubt wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 13 wird die Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben. Obwohl die Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, mehrere Hauptstücke durch Fräsen mit Satzfräsern gleichzeitig zu bearbeiten, konzentriert sich die Beschreibung hierin auf das Fräsen eines Zapfens durch die Fräseinheit 14. Um die Kurbelwelle 30 zwischen dem Spindelstock 26 und dem Reitstock 28 anzubringen, kann ein brückenförmiger Toplader (nicht gezeigt) wie im Stand der Technik bekannt verwendet werden. Der Toplader positioniert die Kurbelwelle 30 zwischen die Stöcke 26 und 28, so dass die Kurbelwelle 30 durch Spannvorrichtungen 36 und 38 in einer stationären Stellung gehalten werden kann. Obwohl der Spindelstock 26 stationär und der Reitstock 28 nachführbar sein kann, bewegen sich beide translatorisch, vorzugsweise auf Schlitten, wobei ihre Bewegung programmierbar ist, um die Stillstandszeit während eines Kurbelwellenaustausches zu verringern. Um die Stöcke 26 und 28 und den Setzstock 40 zu bewegen, können Servomotoren verwendet werden. Wie in 1 zu sehen, treibt der Servomotor 42 den Reitstock 28 auf Schlitten 44 und 46 in jede beliebige Stellung entlang der Vorderseite 18 des Bettes 16 an, während der Reitstock 28 durch hydraulische Klemmen 47 und 49 auf den Schlitten 44 und 46 niedergeklemmt ist.
  • Nachdem die Kurbelwelle 30 aufgespannt ist, kann ein Setzstock 40 auf einem Hauptstück neben einem zu fräsenden Zapfen positioniert werden, um die Kurbelwelle 30 an drei Punkten zu fixieren. Der Setzstock 40 stellt für die Kurbelwelle 30 eine verbesserte Festigkeit bereit, indem er Kräften, die während des Fräsvorganges erzeugt werden und dazu neigen, die Kurbelwelle 30 zu durchbiegen, widersteht. Der Setzstock 40 wird, ähnlich wie der Reitstock 28, durch einen Servomotor 48 entlang von Schlitten 51 an dem Bett in eine beliebige axiale Stellung entlang der Länge der Kurbelwelle 30 angetrieben, bevor er in Stellung geklemmt wird.
  • Wenn nicht gerade eine Kurbelwelle gefräst wird, befindet sich die Fräseinheit 14 in einer zurückgezogenen Stellung über ihrer jeweiligen Spindelstock- oder Reitstockspannvorrichtung 36 oder 38, um das Laden / Entladen der Kurbelwelle zu erlauben. Um den Kurbelwellenfräsvorgang zu beginnen, kann die Fräseinheit 14 von ihrer zurückgezogenen geparkten Stellung entlang der Achse der Kurbelwelle 30 in die richtige Arbeitsstellung entlang der Achse, wo das Fräsen stattfinden soll, bewegt werden. Um die Fräseinheit 14 zu bewegen, nachdem die Kurbelwelle 30 eingespannt wurde, wird ein Gleitschlitten 50, der an dem hinteren schrägen Abschnitt 22 des Bettes angebracht ist, und an dem die Fräseinheit 14 angebracht ist, bereitgestellt. Der Gleitschlitten 50 umfasst einen vertikalen Abschnitt 51, an dem die X- und Y-Antriebe, 32 und 34, getragen werden. Der Gleitschlitten 50 wird durch einen Servomotor 52 auf den an dem schrägen Abschnitt 22 des Bettes angebrachten Schlitten 54 und 56 angetrieben. Somit steuert der Servomotor 52 die Stellung der Fräseinheit 14 entlang der axialen Länge der Kurbelwelle 30. Ähnlich wie der Spindelstock 26, der Reitstock 28 und der Setzstock 40, kann der Gleitschlitten 50 durch hydraulische Klemmen 57 auf die Schlitten 54 und 56 hinunter geklemmt werden, sobald er richtig positioniert ist.
  • Es wird bewirkt, dass die Fräseinheit 14 eine Umlaufbewegung erfährt, wenn die X- und Y-Antriebe 32 und 34 aktiviert sind. Dazu ist jeder von den Fräsköpfen 58, wie am besten in 3 zu sehen, ein starkes, plattenförmiges Element, das an einem angelenkten Verbindungs- oder Trägerelement 84 an seinem zentralen Mittelabschnitt 61 schwenkbar angebracht ist, und dessen rückwärtiges Ende an Zapfenkugellagern 72 und 74 mit den entsprechenden X- und Y-Antrieben 32 und 34 schwenkbar verbunden ist. Um eine solche Umlaufbewegung zu erreichen, besteht die Fräseinheit 14 aus einem Schneidkopf 58 mit einem ersten vorderen Ende 60, in dem das rotierende Schneidwerkzeug 12 zur Rotation angebracht ist (10), wobei das vordere Ende 60 über die vordere Seite 18 des Bettes 16, und ein zweites hinteres Ende 62 über den schrägen Abschnitt 22 des Bettes 16, mit dem die X- und Y-Antriebe 32 und 34 schwenkbar verbunden sind, vorsteht. Insbesondere sind in das hintere Ende 62 des Schneidkopfes 58 Durchgänge 64 und 66 gefräst, die Kugeln aufnehmen. Die X- und Y-Antriebe 32 und 34 können ein X-Kugelumlaufspindelantrieb 68 bzw. ein Y-Kugelumlaufspindelantrieb 70 sein. Die X- und Y-Kugelumlaufspindelantriebe 68 und 70 umfassen jeweils Kugelmutterlagern 72 und 74, die zum Hin- und Herbewegen an entsprechenden Spindeln 76 und 78 angebracht sind. Die Kugelmuttern 72 und 74 sind mit dem hinteren Ende 62 des Schneidkopfes 58 in entsprechenden Lager- und Durchgangsanordnungen 64 und 66 mit Durchmessern von ca. 8 Inch schwenkbar über Drehzapfen verbunden. Der Durchgang 64 ist über dem Durchgang 66 an dem hinteren Ende 62 des Schneidkopfes 58 angeordnet. Umsteuerbare Servomotoren 80 und 82 sind direkt mit ihren jeweiligen Spindeln 76 und 78 zu deren Rotation gekoppelt, so dass sich die Motoren 80 und 82 entlang der Achsen der Spindeln 76 und 78 erstrecken, ohne davon vorzukragen.
  • Das angelenkte Verbindungs- oder Trägerelement 84 ist schwenkbar mit dem Gleitschlitten 50 und dem Schneidkopf 58 verbunden. Das Trägerelement 84 weist ein oberes Ende 86 und ein unteres Ende 88 auf. Eine große, starke obere Lager- und Wellenanordnung 90 mit 22,86 cm (9 Inch) Durchmesser und ca. 60,96 cm (zwei Fuß) Länge (im Folgenden „Drehzapfen 90") verbindet das obere Ende 86 des Trägerelements 84 schwenkbar mit dem Schneidkopf 58, während eine untere Lager- und Wellenanordnung 92 mit 22,86 cm (9 Inch) Durchmesser und ca. 91,44 cm (drei Fuß) Länge (im Folgenden „Drehzapfen 92") das untere Ende 88 des Trägerelements 84 mit dem Gleitschlitten 50 schwenkbar verbindet. Die oben beschriebenen Lager können durch eine 0,0127 mm (0,0005 Inch) Presspas sung vorgespannt werden, während sie durch Schmierköpfe abgedichtet und geschmiert werden, und sorgen somit für die reibungslose Bewegung der Antriebe 32 und 34, während sie für ein hoch genaues Umlauffräsen fest gehalten werden, im Gegensatz zu Vorrichtungen, die Schlitten verwenden, um eine Umlaufbewegung zu erzeugen, da sich der Zustand der Schlitten unter den hohen stampfenden Kräften verschlechtert und sie rasch ihre Toleranzen verlieren, wie zuvor beschrieben. Somit bewirkt der Betrieb der Servomotoren 80 und 82, dass sich der Schneidkopf 60 und das Trägerelement 84 reibungslos um ihre jeweiligen Drehpunkte herum verschwenken, wobei die Resultierende dieser Bewegungen die Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges 12 relativ zu der Kurbelwelle 30 bewirkt.
  • Die Umlaufbewegung besitzt X (horizontale) und Y (vertikale) Bewegungskomponenten. Im Allgemeinen erzeugt der X-Antrieb 32 die X-Komponente der Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges 12 entweder durch Ziehen oder Drücken am Schneidkopf 58 an seinem oberen hinteren Ende, wobei bewirkt wird, dass sich das Trägerelement 84 um den unteren Drehzapfen 92 und die Fräseinheit 14 herum verschwenkt und sich das Fräswerkzeug 12 daher im Allgemeinen horizontal bewegt. In gleicher Weise erzeugt der Y-Antrieb 34 im Allgemeinen die Y-Komponente der Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges entweder durch Ziehen oder Drücken am Schneidkopf 58, um das Trägerelement 84 an seinem oberen Drehzapfen 90 herum zu verschwenken und deshalb das Fräswerkzeug 12 im Allgemeinen vertikal zu bewegen. Selbstverständlich ist auf Grund der Konfiguration der Fräseinheit 14 und der Antriebe 32 und 34 deshalb weder die X- noch die Y-Bewegung vollkommen unabhängig voneinander, da der Betrieb des X-Antriebes 32 allein etwas Bewegung in Y-Richtung und somit eine Bewegung der Kugelmutter an der Spindel des Y-Antriebes 34 bewirken kann und in ähnlicher Weise kann der Betrieb des Y-Antriebes 34 allein etwas Bewegung in der X-Richtung in dem Fräswerkzeug 12 und so mit eine Bewegung der Kugelmutter an der Spindel des X-Antriebes 32 bewirken. Als solches wird die präzise Koordination des Betriebes der X- und Y-Antriebe 32 und 34 zum Erreichen der Umlaufbewegung durch eine Steuerung (nicht gezeigt) bewirkt, die so programmiert werden kann, dass sie die Bewegungen zwischen den beiden Antrieben für ein präzise Bearbeitung kontinuierlich interpoliert.
  • Um den Betrieb der Fräsvorrichtung 10 und die Umlaufbewegung des Innenfräswerkzeuges 12 im Speziellen zu beschreiben, wird auf die 4 bis 9 Bezug genommen, die das Fräsen des 360° Umfanges eines Zapfens veranschaulichen. 4 veranschaulicht eine Ausgangsstellung, wobei die X- und Y-Antriebe 32 und 34 den Schneidkopf 58 derart anordnen, dass die Kurbelwelle 30 in dem Innenfräswerkzeug 12 zentriert ist. In dieser Stellung erstrecken sich die Spindeln 76 und 78 rechtwinklig zueinander. Wie zu erkennen sein wird, ändert sich der Winkel zwischen den Spindeln 76 und 78 als Resultat der synchronisierten Bewegung der X- und Y-Antriebe 32 und 34 konstant und bewirkt die unten beschriebenen Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges 12. Die Antriebe 32 und 34 sind jeweils an dem Rahmenabschnitt 51 des Schlittens für eine Schwenkbewegung durch rotierbare Lager und Drehzapfen 89 und 91 angebracht, die es den Antriebesmotoren 80 und 82 erlauben, relativ zu dem Rahmenabschnitt 51 zu verschwenken. Die Spindeln 76 und 78 umfassen jeweils Abschnitte 94 bzw. 96, die sich von dem Punkt, an dem sich die Spindeln 76 und 78 an Querlagerhülsen 95 kreuzen, in Richtung des Schneidkopfes 58 weg erstrecken, über dem sich die Muttern 72 und 74 hin und her bewegen können. In der Ausgangsstellung befinden sich die Muttern 72 und 74 in einer Zwischenstellung entlang der X- bzw. Y-Spindelabschnitte 94 und 96.
  • Um den Fräsvorgang zu beginnen, wird ein Rotationsvorschubmotor 98 für das Fräswerkzeug 12 in Betrieb gesetzt, um eine Drehbewegung des Fräswerkzeuges 12 zu erzeugen, worauf ein Einstechen erfolgen kann. Um das Einstechen durchzuführen, wird bewirkt, dass sich das Fräswerkzeug 12 nach oben in die vertikale Y-Richtung bewegt, wobei der Schneidkopf 58 um den oberen Drehzapfen 90 des Trägerelements 84 herum verschwenkt und das Trägerelement 84 leicht um seinen unteren Drehzapfen 92, herum nach links gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt, wie in 5 zu sehen. Um eine solche Bewegung durchzuführen, werden die Antriebe 80 und 82 aktiviert, so dass bewirkt wird, dass die Kugelmutter 74 die Spindel 78 in Richtung des Endes des Spindelabschnitts 96 quert, während die Kugelmutter 72 den Spindelabschnitt 94 in Richtung des Punktes quert, an dem sich die Spindeln 76 und 78 kreuzen.
  • Danach bewegt sich das Fräswerkzeug 12 durch seine Umlaufbahn. Die 6 bis 9 veranschaulichen die Stellung des Fräswerkzeuges 12 in Intervallen zu 90° in seiner Umlaufbewegung um den gerade bearbeiteten Zapfen herum. Somit ist das Fräswerkzeug 12, wie in 6 veranschaulicht, von der Einstechstellung wie in 5 zu sehen um 90° rotiert. An der 90°-Stellung ist das Trägerelement 84 im Uhrzeigersinn um den unteren Drehzapfen 92 herum verschwenkt, um das Fräswerkzeug 12 in der X-Richtung nach rechts zu bewegen. Die Antriebe 80 und 82 bewirken, dass sich die Kugelmuttern 72 und 74 in Richtung des Punktes bewegen, an dem sich die Spindeln 76 und 78 kreuzen. Auf diese Weise verschwenkt nicht nur das Trägerelement um den unteren Drehzapfen 92 herum, um das Fräswerkzeug 12 in der horizontalen X-Richtung der Bewegung nach rechts zu bewegen, sondern der Schneidkopf 58 verschwenkt auch um den oberen Drehzapfen 90 herum, um das Fräswerkzeug 12 auch in der Y-Richtung nach unten zu bewegen, wodurch für das Fräswerkzeug 12 eine bogenförmige Bewegungsbahn im Uhrzeigersinn aus der Stellung von 5 in die Stellung von 6 erzeugt wird.
  • 7 veranschaulicht das Fräswerkzeug 12, das von der Stellung in 6 um 90°, und von der Ausgangsstellung von 5 um 180° rotiert ist, so dass das Fräswerkzeug 12 gleichzeitig in einer vertikalen Richtung nach unten und horizontal nach links in einer bogenförmigen Bahn gegen den Uhrzeigersinn bewegt wird. Um eine solche Bewegung zu bewirken, bewirkt der Kugelantrieb 80, dass sich die Mutter 72 nach außen entlang des Spindelabschnitts 94 in Richtung seines Endes bewegt, während der Antrieb 82 die Spindel 78 rotieren kann und bewirkt wird, dass sich die Kugelmutter 74 entlang des Spindelabschnitts 96 in Richtung des Kreuzungspunktes der Spindeln 76 und 78 bewegt. Auf diese Weise wird das Trägerelement 84 um den unteren Drehzapfen 92 herum gegen den Uhrzeigersinn in eine Stellung verschwenkt, die mit seiner Stellung in der Ausgangsstellung (4) ausgerichtet ist, um die X-Richtungskomponente der Bewegung des Fräswerkzeuges 12 zu bewirken, während bewirkt wird, dass der Schneidkopf 58 um den oberen Drehzapfen 90 herum rotiert, um die Abwärtsbewegung in der Y-Richtung zu bewirken.
  • 8 veranschaulicht das Fräswerkzeug 12, das von der Stellung von 7 um 90° und von der Stellung des ursprünglichen Einstechens in 5 um 270° bewegt ist. Um die Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges 12 zu bewirken, bewirken die Kugelumlaufspindelantriebe 80 und 82, dass sich ihre jeweiligen Kugelmuttern 72 und 74 entlang der Spindelabschnitte 94 und 96 in Richtung deren Enden bewegen, wodurch das Trägerelement 84 veranlasst wird, um den unteren Zapfen 92 herum gegen den Uhrzeigersinn zu verschwenken, um die Fräseinheit 14 mit einer X-Richtungskomponente der Bewegung zu versehen und zu bewirken, dass der Schneidkopf 58 um den oberen Zapfen 90 herum verschwenkt, um das Fräswerkzeug 12 in der Y-Richtung nach oben zu bewegen. Dies bewirkt, dass sich das Fräswerkzeug 12 in seiner Umlaufbewegung in einer bogen förmigen Bahn gegen den Uhrzeigersinn von der Stellung in 7 in die Stellung in 8 bewegt. Schließlich ist 9 ähnlich wie 5 und veranschaulicht das Fräswerkzeug, das seine Umlaufbewegung abgeschlossen hat und sich in einem 90°-Intervall von der Stellung in 8 und um 360° von der ursprünglichen Einstechstellung, und demgemäß zurück in diese Stellung bewegt hat, wobei der X-Antrieb 80 bewirkt, dass sich die Kugelmutter 72 entlang des Spindelabschnitts 94 in Richtung des Kreuzungspunktes der Spindeln bewegt, und der Y-Kugelumlaufspindelantrieb 82 bewirkt, dass sich die Mutter 74 entlang des Spindelabschnitts 96 in Richtung seines Endes bewegt. Somit bewirkt der X-Antrieb 80, dass das Trägerelement 84 im Uhrzeigersinn verschwenkt, wobei das Fräswerkzeug 12 in der X-Richtung nach rechts bewegt wird, während der Y-Kugelumlaufspindelantrieb 82 bewirkt, dass der Schneidkopf 58 um den oberen Zapfen 90 herum verschwenkt und damit eine Aufwärtsbewegung in der Y-Richtung bewirkt. Die Resultierende der obigen X- und Y-Bewegungen bewirkt, dass sich das Fräswerkzeug 12 in einer bogenförmigen Bahn im Uhrzeigersinn von der Stellung in 8 in die Stellung in 9 bewegt.
  • Wie zuvor erwähnt, wird die von den X- und Y-Antrieben 32 und 34 an die Fräseinheit 14 erteilte Umlaufbewegung von der Steuerung für die Antriebe 80 und 82 gesteuert, um die richtige Bewegung der Kugelmuttern 72 und 74 in Bezug zueinander zu synchronisieren. Die Steuerung kann auch die Antriebe 80 und 82 koordinieren, um einen Antrieb während eines Bearbeitungsvorganges anzuhalten, da die beiden Antriebe 32 und 34 nicht gleichzeitig rotieren müssen, insbesondere, wenn das Fräswerkzeug 12 von einem Bewegungsquadranten zu einem weiteren schreitet, d. h., bei den zuvor beschriebenen 90°-Intervallen, da genau bei diesen Intervallen wenig Bewegung in einer der X- und Y-Richtungen vorhanden sein wird, so dass sich nur einer der X- und Y-Antriebe bewegen muss und der andere angehalten sein wird.
  • Die vorstehend beschriebene Vorrichtung 10 stellt die hoch genaue Bearbeitung von Kurbelwellen ohne die Verwendung von Schlitten zum Beeinflussen der Umlaufbewegung der Fräseinheit 14 bereit. Darüber hinaus stellt die Vorrichtung 10 eine schwenkbare Fräseinheit 14 bereit, die das Fräswerkzeug 12 trägt und an einem hinteren schrägen Abschnitt 22 des Bettes 16 befestigt ist und sich hiervon zu der vorderen ebenen Seite 18 des Bettes 16 erstreckt, wobei das Fräswerkzeug 12 über die offene Vorderseite 18 steht und die Kurbelwelle 30 umgibt und somit dadurch eine ergonomischere Vorrichtung schafft, dass die Vorderseite 18 und damit das Fräswerkzeug 12 und die zugehörigen Kurbelwellenträger zum Warten und Reparieren von verschlissenen Fräswerkzeugen 12 und zum Austausch dieser sowie von Spann- und Setzstockbacken für Kurbelwellen mit unterschiedlichen Durchmessern leicht zugänglich ist.
  • Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, die die besten dem Erfinder bekannten Arten darstellen, ist einzusehen, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen gemacht werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, die in den hierzu angefügten Ansprüchen dargelegt werden soll.

Claims (17)

  1. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10), umfassend: ein Bett (16) mit einer offenen Vorderseite (18); Kurbelwellenhalteeinrichtungen (26, 28), die an dem Bett (16) zum Halten einer Kurbelwelle (30) an der offenen Vorderseite (18) des Bettes (16) angebracht sind; gekennzeichnet durch einen schrägen Abschnitt (22) an dem Bett (16) an einer Rückseite (20) des Bettes (16); eine schwenkbare Fräseinheit (14), die an dem hinteren schrägen Abschnitt (22) des Bettes (16) angebracht ist; ein Fräswerkzeug (12), das von der Fräseinheit (14) getragen ist und über die offene Vorderseite (18) vorsteht und eine Kurbelwelle (30) umgibt, um dieselbe zu fräsen, wobei das Fräswerkzeug (12) von der offenen Vorderseite (18) des Bettes (16) her zugänglich ist; und ein plattenförmiges Schneidkopfelement (58) der Fräseinheit (14) zum Tragen des Fräswerkzeuges (12) in einem vorderen Endabschnitt (60) desselben, wobei sich das plattenförmige Schneidkopf element (58) quer zu einer von den Halteeinrichtungen (26, 28) gehaltenen Kurbelwelle (30) erstreckt und sich von der Rückseite (20) zu der offenen Vorderseite (18) des Bettes (16) entlang der Schräge des rückseitigen schrägen Abschnittes (22) des Bettes (16) im Allgemeinen so geneigt erstreckt, dass nur der vordere Endabschnitt (60) des Schneidkopfelements (58) über der offenen Vorderseite (18) des Bettes (16) angeordnet ist.
  2. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der Späne, die während eines Kurbelwellenfräsvorganges erzeugt werden, nach unten in die Vorderseite (18) des Bettes (16) fallen.
  3. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Schneidkopfelement (58) durch X- und Y-Antriebe (32, 34) angetrieben ist, die schwenkbar an dem Schneidkopfelement (58) an der Rückseite (20) des Bettes (16) angebracht sind.
  4. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei ein Gleitschlitten (50) an dem schrägen Abschnitt (22) des Bettes zur verschieblichen Bewegung entlang des rückseitigen schrägen Abschnittes (22) des Bettes (16) angebracht ist, und die Fräseinheit (14) ein angelenktes Trägerelement (84) umfasst, das an dem Gleitschlitten (50) an einem Ende des Trägerelements (84) und an dem Schneidkopfelement (58) an seinem anderen Ende schwenkbar angebracht ist.
  5. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Kurbelwellenhalteeinrichtungen (26, 28) einen bewegbaren Spindelstock (26) und Reitstock (28) umfassen, wobei der Spindelstock (26) und der Reitstock (28) Kurbelwellenspannvorrichtungen (36, 38) umfassen.
  6. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei die Kurbelwellenhalteeinrichtungen (26, 28) ferner einen bewegbaren Setzstock (40) zwischen dem Spindelstock (26) und dem Reitstock (28) umfassen, um die Kurbelwelle (30) während eines Bearbeitungsvorganges in einer stationären Stellung zu halten.
  7. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei der Spindelstock (26), der Reitstock (28) und der Setzstock (40) an der Vorderseite (18) des Bettes (16) angeordnet sind, und der Setzstock (40) und zumindest einer von dem Spindelstock (26) und dem Reitstock (28) zur Bewegung entlang der Vorderseite (18) des Bettes mit einem Kraftantrieb versehen sind.
  8. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der ein Paar angelenkte Fräseinheiten (14, 14') jeweils an dem hinteren schrägen Abschnitt (22) des Bettes (16) angebracht ist, wobei das Paar Fräseinheiten (14, 14') voneinander entlang der hinteren Bettseite (20) beabstandet angeordnet ist.
  9. Kurbelwellenfräsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein angelenktes Trägerelement (84) für das Schneidkopfelement (58), das an einem Gleitschlitten (50) angebracht ist und von diesem getragen ist; einen ersten Drehzapfen (90), der das Schneidkopfelement (58) an dem angelenkten Trägerelement (84) für eine Schwenkbewegung schwenkbar befestigt; und X- und Y-Antriebe (32, 34), die an dem Schlitten angebracht und mit dem Schneidkopfelement (58) verbunden sind, um das Schneidkopfelement (58) an dem Zapfen (90) und dadurch das Trägerelement (84) zu verschwenken, wobei die Resultierende dieser Bewegungen die Bewegung des Schneidkopfelements (58) relativ zu der Kurbelwelle (30) bewirkt.
  10. Kurbelwellenfräsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein jeder der X- und Y-Antriebe (32, 34) für das Schneidkopfelement (58) eine Linearspindel (76, 78) umfasst, die an dem Schlitten und an dem Schneidkopfelement (58) schwenkbar angebracht ist.
  11. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die X- und Y-Linearspindeln (76, 78) sich quer zueinander erstrecken und in der Lage sind, sich während eines Kurbelwellenbearbeitungsvorganges in einem anderen Winkel als einem rechten Winkel zueinander zu erstrecken.
  12. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die X- und Y-Linearspindeln (76, 78) jeweils eine Kugelmutter (72, 74), die schwenkbar an dem Schneidkopfelement (58) zur Umsetzung auf den Spindeln (76, 78) angebracht ist; und ein Antriebsmittel (80, 82) zum Rotieren der Spindeln, um die Kugelmutter darauf umzusetzen, umfassen.
  13. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 12, wobei das Antriebsmittel einen Motor (80, 82) für jede Spindel (76, 78) umfasst, wobei die Motoren direkt mit den Spindeln entlang der Spindelachsen gekoppelt sind, um deren Rotation zu bewirken.
  14. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei der Gleitschlitten (50) ein Antriebsmittel (52) zum Bewegen des Schlittens in der ersten Richtung und ein Klemmmittel (57) zum Fixieren des Schlittens in einer Vielzahl von unterschiedlichen Stellungen entlang der Kurbelweilenachse in der ersten Richtung umfasst.
  15. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei das angelenkte Trägerelement (84) durch einen zweiten Drehzapfen (92) schwenkbar an dem Schlitten (50) angebracht ist.
  16. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei das Schneidkopfelement (58) beabstandete Endabschnitte (60, 62) umfasst, wobei das Fräswerkzeug (12) in einem Endabschnitt (60) angebracht ist, und die X- und Y-Antriebe (32, 34) Kugelumlaufspindel-Linearantriebe (68, 70) umfassen, die jeweils eine Kugelmutter (72, 74) aufweisen, die an einer Spindel (76, 78) angebracht ist, wobei die Muttern jeweils schwenkbar mit dem Schneidkopfelement (58) an dem anderen Endabschnitt (62) desselben verbunden sind, und ein Antriebsmittel (80, 82), um zu bewirken, dass jede Mutter ihre jeweilige Spindel quert und dadurch das Trägermittel (84) um den zweiten Drehzapfen (92) herum und das Schneidkopfelement um den ersten Drehzapfen (90) herum verschwenkt.
  17. Kurbelwellenfräsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei der Schlitten (50) an dem schrägen hinteren Abschnitt (22) angebracht ist, um das Schneidkopfelement (58) über die offene Vorderseite (18) vorstehen zu lassen, wobei es die Kurbelwelle (30) umgibt, wodurch es ermöglicht wird, dass das Fräswerkzeug (12) von der offenen Vorderseite (18) des Bettes (16) her zugänglich ist.
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